在国家自然科学基金项目（批准号：42425403、42388101）等资助下，中国科学院地质与地球物理研究所乐新安研究团队联合国内外科研人员，依托国家自然科学基金重大仪器研制专项和子午工程接续资助建设的三亚非相干散射雷达，在地球电离层天然电子伯恩斯坦波探测方面取得进展。相关成果以“地基雷达揭示地球电离层中的天然电子伯恩斯坦波（Ground-based radar unveils natural electron Bernstein waves in the ionosphere of Earth）”为题，于2026年7月24日在线发表于《自然·通讯》（Nature Communications）。论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-026-75791-2。

　　电子伯恩斯坦波是磁化等离子体中一类垂直于磁场传播的静电波，其频谱在电子回旋频率的整数倍附近具有独特的谐波结构。该类波动与等离子体中的能量传输、波粒相互作用和波模转换等过程密切相关，也可用于诊断等离子体参数。长期以来，由于电离层天然电子伯恩斯坦波信号微弱，观测需要雷达波矢与地磁场接近垂直这一特殊几何条件，其精细谐波结构一直难以通过地基雷达完整探测。

　　针对这一问题，研究团队利用三亚非相干散射雷达的大功率、宽频带和高距离分辨率等优势，将雷达波束指向接近垂直于地磁场的方向，对约100至1000公里斜距范围内的电离层等离子体谱开展观测。结果显示，等离子体线在电子回旋频率整数倍附近出现一系列清晰、离散的谱线和频率间隙，可分辨至第七阶电子回旋谐波；这些间隙的宽度随谐波阶数增加而逐渐减小，与电子伯恩斯坦波理论预言高度一致。研究团队结合理论分析与数值模拟进一步确认，上述精细频谱结构是天然电子伯恩斯坦波的典型特征。

　　研究还揭示，太阳极紫外辐射产生的超热光电子通过共振作用增强等离子体波动；当雷达探测方向接近垂直于地磁场时，朗道阻尼显著减弱，使这些原本十分微弱的电子伯恩斯坦波能够被地基雷达观测到。与此同时，电子伯恩斯坦波的谐波频率结构可用于反演电子密度以及垂直于地磁场方向的电子温度，从而弥补传统非相干散射雷达离子线方法在近垂直观测条件下的局限。

　　该研究实现了对地球电离层天然电子伯恩斯坦波精细谐波结构的地基、宽频带和高度分辨观测，深化了对电离层波粒相互作用、超热电子动力学及能量传输过程的认识，并为磁化等离子体参数诊断提供了新方法。

图 地基雷达探测电离层电子伯恩斯坦波的原理与结果。太阳极紫外辐射电离高层大气并产生光电子，光电子可增强等离子体波动；三亚非相干散射雷达沿接近垂直于地磁场的方向进行探测，在电子回旋频率整数倍附近观测到频率间隙，这些精细谱结构是电子伯恩斯坦波的典型特征